耦合物理场图像后处理技巧之三——箭头图处理技术 .pdfVIP

多物理场后处理技巧之三——箭头图处理技术

为了如何更好地利用线图、表面图和体图，这里我们将再介绍一下箭头图，以及如何利用它进行后处

理。我们将从初学者指导开始，然后通过一个很有意思的工业应用带您“去厨房看看”，该案例中，箭头图

设计在帮助一家咨询公司争取咨询业务时起到了关键作用。

什么是箭头图？什么时候使用？

在可视化场分布时，箭头图是一个非常强大的工具。我们经常会在COMSOLMultiphysics中计算场，不

论是关于湍流流速、磁场、化学物质传递，还是热梯度。如果能适当可视化，所有这些都将从中受益。

发电机：使用箭头图显示磁场。

臭氧反应器：使用箭头图显示流体流动的矢量。

这是如何实现的呢？

让我们来逐步了解该选项，继续使用Lexi在之前后处理系列博客中所用的散热器模型案例。

首先，我们的模型中仅有一个带有温度表面图的三维绘图组。在功能区点击“三维绘图组1”，或者右击模

型树中的“三维绘图组1”，我们可以增加一个体箭头图。

您会注意到有三个不同维度的箭头图：

1.体箭头，将在三个维度上绘制箭头图：在体中。

2.面箭头，将在两个维度上绘制箭头图：在面上。

3.线上箭头，将在一个维度上绘制维箭头图：沿线。

在本示例中，我们将使用体箭头，并得到如下结果：

虽然体箭头的用途很多，但在缺省设定下，我们很难清楚地了解内部情况。这个问题包含两方面：箭头颜

色不够引人注目，且体上堆叠了太多层箭头。

让我们先从解决第一个问题开始。似乎选择一个更具对比度的颜色更方便，所以我们选择了绛红色。箭头

颜色可以在设定窗口中修改，如下图所示：

此外，我们最好只绘制一层箭头。这可以在同一个设定窗口中的选择格点部分进行修改：

此时将得到如下结果：

嗯…看起来还是不太理想。我们需要更多的面内方向箭头，即这里的x方向和y方向。将它们的值改为

35，然后得到：

可以通过点击图形窗口上方的“切换到xy平面视角”按钮来获得一个更清晰的视角。

我们可以清楚地看到空气如何流经散热器支柱，以及流过后速度发生了怎样的下降。在这里，箭头图就能

提供一个独特的视角来观察到底发生了什么；如想通过实验获取这类信息，即使可以实现的话，难度也非

常高。

我的专业是实验物理学，这些年来，一直很真切地看到和感受到了进行这类测量的难度。您不妨想一下：

昂贵的停机期费用、颇具挑战性的器件尺寸（从微流体到庞大的水过滤厂）、设备成本、有限的数据点、

必须对其内插（有时还要凭空想象），以及会影响测量本身的探针等。

归一化对数

正如您将在绘图中看到的那样，箭头长度缺省与速度成正比。也可以将它设为和。后面这两个

选项也非常实用，例如，可以可视化局部漩涡，它相对流场中间值的速度幅值通常较小。

到目前为止，我们只选择了一种箭头颜色，其实箭头颜色也可以与任意表达式成正比。这可以通过右击“体

箭头1”，并选择“颜色表达式”来实现。缺省会选择Rainbow颜色表。

表面图的颜色表改变后，我们得到了如下绘图：

知道了如何使用箭头图之后，现在再来看一下为什么要了解这种绘图。

工业案例：失效的水泵

我来自荷兰，正如您可能了解的那样，荷兰1/3国土的海拔低于海平面。因此，我们从公元10世纪起就

开始进行水资源管理，也一直活跃在该领域。即使在今天，这仍是一个相当大的工程领域，接下来会讲到

的案例就属于该应用领域。

泵站

泵站将水输送到一个较高的海拔，比如把水抽到沟渠、对洪水淹没的土地进行泄洪、以及用于其他水利基

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础设施。这些水泵的尺寸都很大，最低为50/min。下图是一个典型的泵站：

泵站。图片为自行拍摄。已获得

”Gemaalvansasse”VincentdeGroot—CCBY

授权，并通过分享。

2.5WikimediaCommons

非

在我们的工业案例中（上图所示），设计了一种新型水泵来处理入口侧的动态水位范围。基于各种原

因，设计人员决定在入口侧修